基于THB6064H的步進電機閉環(huán)控制電路設計

摘要：提出基于大電流步進電機驅動芯片THB6064H的步進電機閉環(huán)控制系統(tǒng)的電路設計方案。整個控制系統(tǒng)主要包括基于THB6064H的驅動電路部分、基于單片機的控制電路部分和基于增量式旋轉編碼器的反饋環(huán)節(jié)。將控制器與驅動器做成一體化，實現(xiàn)對步進電機的閉環(huán)控制，使控制精度大大提高。
關鍵詞：THB6064H；步進電機；閉環(huán)

引言
步進電機是將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的一種裝置。它產(chǎn)生的位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，平均轉速與輸入脈沖的頻率成正比，具有結構簡單、可靠性高和成本低的特點。由于步進電機沒有積累誤差，容易實現(xiàn)較高精度的位移和速度控制，被廣泛用于精確控制領域。由步進電機與驅動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)簡單并且價格低廉，但有時存在振蕩和失步現(xiàn)象，故在復雜電磁環(huán)境下或是對精度要求較高的場合下，必須加入反饋電路組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。本文采用旋轉編碼器作為反饋器件對步進電機實行閉環(huán)控制。

1 THB6064H簡介
THB6064H是在東芝公司2009年主推的TB6560AHQ的基礎上開發(fā)的一款PWM斬波型兩相步進電機驅動芯片。該芯片配合簡單的外圍電路即可設計出高性能、多細分、大電流的驅動電路，在低成本、低振動、低噪聲、高速度的設計中應用效果較佳。其主要參數(shù)和性能指標有：雙全橋MOSFET驅動，低導通電阻Ron=0．4Ω(上橋+下橋)，高耐壓50 V DC，大電流4．5 A(峰值)；多種細分可選(1／2、1／8、1／10、1／16、1／20、1／32、1／40、1／64)，自動半流鎖定功能，衰減方式連續(xù)可調(diào)；內(nèi)置高溫保護及過流保護，當溫度高于170℃時自動斷開所有輸出；封裝形式為HZIP25-P-1．27封裝。

2 控制原理
本文的步進電機閉環(huán)控制方法采用核步法。核步法的控制思想是從簡化控制系統(tǒng)出發(fā)，利用核步計數(shù)器對系統(tǒng)位置進行跟蹤監(jiān)視，即時發(fā)出反饋控制信號，從而完成對位置的控制。其基本原理如圖1所示。單片機接收來自上位機的時序脈沖信號和方向信號，經(jīng)驅動放大后送往步進電機來控制步進電機工作；步進電機帶動編碼器同軸旋轉，由編碼器檢測轉角度，并以脈沖的形式反饋到單片機進行核步計數(shù)；單片機根據(jù)脈沖反饋當量值與給定值進行比較，按照核步算法發(fā)出控制指令。如果發(fā)生丟步，單片機就會根據(jù)差值繼續(xù)發(fā)送脈沖，把丟掉的步數(shù)補上，從而完成步進電機轉動位置的閉環(huán)控制。